新型同轴套管式换热器强化传热研究

同轴套管式地热能开采技术是用于中深层地热能开采的有效方式。为了增强同轴套管式换热器的换热效率,提出了一种带螺旋翅片的新型同轴套管式换热器。基于有限体积法,对比分析新型与普通型同轴套管式换热器的换热性能,得到螺旋翅片结构对换热性能的影响,揭示其强化传热机理。结果表明：通过增加螺旋翅片的翅高或减小螺旋翅片的螺距,可有效增强同轴套管式换热器内流体流动的湍流动能,达到提高换热性能的目的;与普通光滑管换热器相比,翅高为19 mm,螺距为300 mm的新型换热器在雷诺数为27000时,努赛尔数提高了35.5%,摩擦系数提高了91%,热性能系数达到最高1.093;增加翅片和减小螺距都可以增加采出温度和采热功率,翅高为19 mm,螺距为300 mm换热器较光滑管换热器采热温度提高了5.4 K,采热功率提高了32.4%。为高效同轴套管式换热器设计提供了理论依据。     

蓄取热工况下同轴套管式地埋管换热器周围土壤温度变化规律

为研究不同因素对同轴套管式地埋管周围土壤温度的影响,建立三维同轴套管式地埋管换热器非稳态传热数理模型,利用自建实验台开展试验对数理模型进行试验验证。在此基础上,对蓄取热工况下同轴套管式地埋管的非稳态传热过程进行数值模拟研究,分析了管径、回填材料、土壤初始温度等因素对同轴套管式地埋管周围土壤温度的影响,获得了不同因素对套管式地埋管换热器周围温度场的影响规律。研究结果表明：外管径相同时,内管径的变化对周围土壤温度场影响较小;径向距离0.4 m处,土壤初始温度为14℃时地埋管周围土壤温度最高为17.803℃;循环介质选用氯化钙比选用水换热量提高约23%。试验验证表明,所建模型最大相对误差为12.5%,具有合理性。研究结果显示蓄热时土壤初始温度越高的地区越有利于地埋管周围土壤储存热量,取热时循环介质选择氯化钙溶液可使系统高效运行。     

绕管式换热器壳侧液体降膜流传热特性分析北大核心CSCD

为研究绕管式换热器壳侧传热特性,建立了以丙烷为模拟工质的三维液体降膜流传热模型,进行了不同流动工况下液体降膜流的传热数值模拟,分析了雷诺数、液相入口温度、换热管壁温、壳侧工作压力对绕管式换热器传热性能的影响。结果表明,流动工况对绕管式换热器的传热性能有显著影响;对于液体降膜流,传热膜系数随着雷诺数增大而增大,同时相同雷诺数时,随着换热管管层下降传热膜系数逐减减小;当液相入口温度升高时,传热膜系数增大,液相入口温度升高0.2 K时,平均传热膜系数升高约15%;当管壁温度与饱和温度间的温差较小时,升高管壁温度传热膜系数有明显增加,当管壁温度与饱和温度温差较大时,传热膜系数变化不显著。对于丙烷,工作压力增大时,液体降膜流的传热膜系数减小,当工作压力从0.2 MPa增大到0.3 MPa时,传热膜系数降低10%~15%,当工作压力从0.3 MPa增大到0.4 MPa时,传热膜系数降低约5%。所得结果可为绕管式换热器工艺设计提供参考。     

人字形板式换热器导流区计算流体动力学仿真

研究了人字形板式换热器导流区几何结构对换热性能的影响。依据不可压缩计算流体动力学数值仿真理论,设计弧半径140 mm,倾角30°,峰间距20 mm人字形板式换热器导流区及换热区流道模型,应用计算流体动力学软件,完成入口速度0.5 m/s,温度350 K,出口压力101325 Pa,回流温度300 K计算流体动力学仿真分析,得到流道特征参数数据。结果表明:平均壁面热通量为49.5 J,平均壁面温度为339.6 W,流体平均温度为339.5 W,流体平均速度为1.74 m/s。通过数据整理及计算,得到评价换热性参数为131.22,评价压降参数为194788 Pa,为接下来的板片设计及优化工作提供了依据。     

螺旋凹槽相变球蓄热效率仿真与研究

为了提高蓄热装置内蓄热球的蓄热效率,该文设计了一种表面有螺旋凹槽的蓄热球,用ICEM CFD建立了三维模型并进行网格划分,在fluent中分别仿真了一种基于凹槽蓄热球和光滑蓄热球的相变储热水箱在初始温度308 K、入口流速0.1 m/s、入口温度363K和初始温度308 K、入口流速0.15 m/s、入口温度363 K两种工况下的蓄热过程,得到了蓄热过程中相变材料(PCM)温度和液相率随时间的变化曲线以及液相率的分布云图,截取了蓄热过程中某一时刻的水流速度矢量图.研究结果得出:与光滑蓄热球相比,螺旋凹槽蓄热球的凹槽结构既增加了PCM与热媒体的热交换面积,又增强了蓄热箱内的对流传热,提高了换热效率,避免了热量的流失.对整个蓄热箱而言,大大减少了蓄热时间,提高了蓄热箱的蓄热效率.     

U型垂直地埋管换热器性能的影响因素分析

为了了解不同的设计参数对于换热器性能的影响,本文通过建立流体力学三维模型模拟了管长60²00m的地埋管换热器性能。研究结果显示,流体进口温度、流体速度和初始地下温度都对换热器性能有显著的影响,考虑到热通量和压降2个因素,推荐流速为0.5m/s。回填物和土壤的密度及比热对性能的影响小于导热率的影响。文中开发了一个简单的数学模型用于预测回填物和土壤,比热和导热率以及热通量的影响,预测结果与CFD结果高度符合。当换热器的长度从60m增加到200m,热通量下降,影响半径也变小。     

两种型式绕管式换热器传热性能试验研究

Y型和K型绕管式换热器是管侧与壳侧的进出口结构不同的两种换热器,用试验方法对两种型式绕管式换热器进行了水和水蒸气的换热性能对比研究。试验中保持管侧蒸汽的体积流量不变,调节壳侧水的Re变化范围为2800~13000。试验结果表明,在试验范围内和相同Re条件下,Y型换热器具有更大的总传热系数、更低的壳侧压降、更高的壳侧对流换热系数,其最大值分别比K型大17.9%、低61%、高11.6%;以K型绕管式换热器为基准,Y型绕管式换热器的综合传热评价因子PEC在试验Re范围内均大于1,说明Y型绕管式换热器的综合传热性能始终优于K型绕管式换热器。     

微通道换热器结露工况下换热特性及其影响的 试验研究

微通道换热器因体积小、制冷剂充注量少、换热效率高等优点,已被广泛应用到汽车空调和空调系统的冷凝器,但作为蒸发器使用时,会因换热器表面空气结露而影响换热性能。以微通道换热器为研究对象,分析在结露条件下,不同的入口空气湿度、风速和微通道换热器布置倾角等参数对微通道换热器的出口空气温度、空气侧压降、换热量和换热系数的影响程度,研究发现:空气入口湿度对微通道换热器出口空气温度影响较大,相对湿度提高10%,出口温度约提高1.3℃;迎面风速对换热器空气侧压降影响很大,风速从1.5 m/s提高到3.0 m/s,压降增加一倍以上,风速大小为2.5 m/s时,换热器换热效果最佳;换热器倾角较入口相对湿度和迎面风速对微通道换热性能影响较小。     

变片距冷风机与定片距冷风机的性能对比研究

为了探索在结霜条件下处于不同工况时的定片距冷风机和变片距冷风机的性能状况以便合理运行减少结霜,试验采用了同流程同管径的两种冷风机,对传热性能和阻力特性等进行了研究。结果表明,在低温工况下,变片距冷风机的性能整体上要优于定片距冷风机。在低风速工况下,2种冷风机的传热特性差别不大,但变片距冷风机的阻力系数要低于定片距冷风机,在入口温度为-20℃,风速为1 m/s,载冷剂体积流量为6 m3/h时,定片距冷风机压降比变片距冷风机压降高出14.4%。载冷剂流量的增加会令2种冷风机的传热系数随之增长,但影响较小。而风速却对冷风机换热性能及压降起着至关重要的作用,过高的风速不仅不能改善传热系数和阻力特性,相反,将导致性能的恶化。     

栅板式换热器的传热性能研究

建立了栅板式换热器板内流体流动的二维物理模型,通过数值模拟和冲渣水试验,分析了回收余热的栅板式换热器的传热性能。模拟了板间距和入口流速对流动和流阻的影响;试验测试了栅板式换热器的压降,分析栅板式换热器传热和流阻特性,并拟合出其传热和压降准则关系式。     

基于圆柱源理论的热泵垂直U型地埋管模拟分析

基于圆柱源理论,建立了U型地埋管换热器传热模型,并进行了数值求解。计算结果表明,夏季U型地埋管换热器在给定进口温度和流量时,连续运行48h后,地埋管出口水温、壁面温度和单位延米换热量基本趋于稳定。单位延米换热量与热响应实验数据误差为3%,验证了模型的准确性。以某地区空调系统地埋管换热器设计为例,模拟分析了不同负荷特性下地埋管换热器的换热性能。模拟结果显示整个夏季运行中地埋管最大进口水温低于设定值37℃,满足机组运行温度要求,设计合理。可为实际的工程应用提供参考。     

某医院住院楼地源热泵热水系统性能测试与研究

简单介绍了某医疗建筑的能耗情况和医院的工程概况,并对本医院的供热水系统——地源热泵系统的运行情况进行测试和性能研究,包括对机组冷冻水的进/出温度的测试、土壤换热器吸热效率的测试、机组的能效测试等,并分析冷冻水的进/出温度、流量及其他因素对系统能耗产生影响情况,并得出系统冷冻水流量在4.3～4.8kg/s范围内为最佳流量段,此时土壤换热器的吸热效率较高,土壤换热器单位管长换热量在35.5W/m左右,机组的能效比值达4.0及以上,系统的能效比达3.7及以上;最后对本系统进行了节能计算及效益分析,可看出此系统节能效益非常可观。     

环状与蜂窝蓄热体传热与阻力特性试验研究

蓄热换热器具有结构简单、造价低、效率高等优点,在余热回收方面有着广阔的应用前景。蓄热体作为蓄热换热器的关键部分,其形状、大小及材质等各项性能参数都会对蓄热系统的余热回收效果产生重要的影响。对环状和蜂窝这两种蓄热体的传热与阻力特性进行了试验研究,通过对试验结果分析,得出了热空气进口温度和速度对蓄热体冷热空气出口温度、传热速率、温度效率、热效率及阻力损失的影响规律,并从温度效率、热效率和阻力损失几方面比较了两蓄热体的传热与阻力性能,发现在低进口速度时环状蓄热体的综合性能更好。     

开孔折流板对列管式换热器传热性能的影响研究

针对由传统弓形折流板结构带来的壳程流动死区,从而引起的流动阻力大、传热效率低等问题,本文对折流板进行开孔,通过数值模拟的方法研究开孔折流板结构对列管式翅片换热器壳侧流体流动、传热及阻力性能的影响。研究发现,折流板开孔后,壳程流动死区明显减小,壳程传热系数及压降同比开孔前降低了;综合换热性能同比开孔前提升了。壳程压降随开孔率及板间距的增大而减小,壳程努塞尔数Nu随板间距的增大逐渐增大。从综合换热性能及场协同的角度分析发现,开孔率x=0.229、折流板间距H=85 mm的列管式换热器综合传热性能最佳。     

Heat transfer and pressure drop amidst frost layer presence for the full geometry of fin-tube heat exchanger

The present study numerically solves the flow and thermal fields in the full geometry of heat exchanger modeling with frost layer presence on the heat exchanger surface. The effects of air inlet velocity, air inlet temperature, frost layer thickness, fin pitch, fin thickness, and heat exchanger shape on the thermo-hydraulic performance of a fin-tube heat exchanger are investigated. Heat transfer rate rises with increasing air inlet velocity and temperature, and decreasing frost layer thickness and fin pitch. Pressure drop rises with increasing air inlet velocity and frost layer thickness, and decreasing fin pitch. The effect of fin thickness on heat transfer and pressure drop is negligible. Based on the present results, we derived the correlations, which express pressure drop and temperature difference between air inlet and outlet as a function of air inlet velocity and temperature, as well as frost layer thickness.     

热管废热回收蒸发器在浊水余热回收中的应用

针对污水的特性,为避免生活污水与热泵工质R22产生交叉污染,从而导致系统不能正常运行的可能性,提出在污水与热泵系统工质R22之间采用一个热管换热器,得出在系统增加了一个热管换热器的情况下,污水流量一定时,热泵制热量,性能系数COP值,热泵系统R22工质蒸发温度,污水废热回收热量随污水进口温度的增大而增大,其中热泵工质蒸发温度的增幅最大,达到65.79%,废热回收热量的增幅最小,为6.8%,污水入口温度一定时,热泵制热量,性能系数COP值,热泵工质蒸发温度,废水回收热量随着污水流量的升高而升高,但是热泵工质蒸发温度的和性能系数COP值的增幅减少,热泵制热量,热管工质蒸发温度以及废水回收热量的增幅缓慢增加.     

竖直矩形窄通道内水流动沸腾换热特性的研究

建立单面加热垂直矩形窄通道流动沸腾换热试验装置,针对截面250mm×3.5mm的窄缝通道,对水流动沸腾换热特性进行试验研究。通过试验分析可知:(1)随着干度的增加,局部换热系数先增加后减小,有一个最大值,此时处于饱和核沸腾区域,其蒸汽干度也接近于0,同时也接近于沸腾起始点。相应地流体从单相流-泡状-块状流-搅拌-环状流转变。(2)在流动沸腾换热中,热流密度对核态沸腾换热有明显影响,而对流动沸腾液膜蒸发的影响甚小,所以可以认为由热流密度的变化而引起的换热变化,主要表现在核态沸腾。(3)入口温度的变化对单相流动的换热系数有影响,而沸腾换热系数与流型及汽泡的产生及扰动有极大关系,入口温度对流动沸腾局部换热系数基本没有影响。     

管壳式换热器设计及软件开发

传统管壳式换热器的设计工作量大、效率低,设计方法比较粗糙,设计偏差较大。本文基于VB6.0编程语言,使用分段设计方法,开发出了管壳式换热器设计软件,该设计方法将换热器按照管壳程结构分为有限个单元,根据工艺条件,求解单元温度分布,依次对每个单元进行设计,进而完成整台换热器的设计,该方法充分考虑了介质物性随温度变化对设计的影响,设计结果与HTRI对比,误差很小。本软件可根据需要进行选型设计,也可以以总传热系数与总压降的比值K/ΔP为评价标准,选取性能最高的换热器结构,完成优化设计。